حدود 15 سال پیش، دانشمندان توانستند با کمک پرینترهای سه‌بعدی، انواعی از دی‌‍‌ان‌ای انسان را بازسازی کنند. پس از آن بود که مهندسان پزشکی به فکر ساخت وسیله مشابهی برای تولید سایر اعضای بدن با استفاده از سلول‌های طبیعی افتادند و امروز در این زمینه، پیشرفت‌های چشمگیری رخ داده است.
پرینترهای سه‌بعدی جدید می‌توانند سازه‌های کوچکی بسازند که در دماهای مشخصی، تغییر شکل می‌دهند. برای مثال، این ترکیبات پلیمری در دماهای مختلف می‌توانند وارد بدن بیمارانی شوند که تب آنها بالا می‌رود. دارو از طریق قطعات بسیار ریز به قسمت مورد نظر در بدن می‌رسد و با توجه به دما سخت یا شل می‌شود. این سازه‌ها می‌توانند شکل‌های خاصی را به یاد بسپارند و در دمای مورد نظر به شکل مورد نظر تبدیل و روی آن قفل شوند. همچنین این سازه می‌تواند بدون شکستن کشیده یا پیچیده شود. مثال دیگر، استفاده از اندام مصنوعی در فرآیندهای درمانی است. نمونه‌های قبلی اندام مصنوعی مثل پروتزهای فک شبیه شکل واقعی استخوان‌های فک نبود و ظاهر زیبایی هم نداشت. همچنین فرد با آنها احساس راحتی نمی‌کرد، اما موادی که در پرینتر برای پرینت این پروتزها استفاده می‌شوند، طوری طراحی شده‌اند که حتی منافذ پوستی را شبیه پوست طبیعی می‌سازند و بسیاری از جزئیات رعایت می‌شود. همه این ساختارها می‌توانند با کیفیت و انعطاف‌پذیری بالا و به باریکی موی انسان ساخته شوند و فرآیند درمانی و زیبایی را سرعت بخشند.
ساخت بافت کبد
یکی دیگر از موفقیت‌های پرینترهای سه‌بعدی در حوزه پزشکی پرینت سه‌بعدی بافت کبد است و در آینده قرار است یک کبد کامل نیز به صورت سه‌بعدی ساخته شود. بافت کبدی از سلول‌های طبیعی بدن انسان ساخته شده و در حال حاضر، می‌تواند در تحقیقات پزشکی به کمک محققان آید. این نمونه بافت می‌تواند فرصت تحقیقاتی و دارویی با هزینه پایین‌تر و عوارض جانبی کمتر را در اختیار پزشکان قرار دهد. با پیشرفت این فناوری، پزشکان می‌توانند آزمایش‌های خود را روی این بافت انجام دهند و نگرانی برای آسیب به اعضای بدن انسان نداشته باشند. در آینده اعضای بدن که با سلول‌های طبیعی بدن ساخته می‌شوند، می‌توانند جایگزین عضو از دست رفته شوند و جان انسان‌ها را نجات دهند.
ساخت گوش زنده انسان
استفاده از سلول‌های زنده به عنوان ماده اولیه پرینترهای سه‌بعدی معمولا با بافت‌های بسیار ریز انجام می‌شود. هنگامی که سلولی به عنوان ماده خام پرینتر سه‌بعدی استفاده می‌شود، در جریان آن ساختارهای بزرگ سلولی خیلی زود متلاشی می‌شوند. اگر قطر بافت از 2/0 میلی متر بیشتر شود، سلول‌هایی که در عمق بافت هستند، بر اثر کمبود اکسیژن از بین می‌روند. اکنون محققان نوعی گوش مصنوعی از سلول‌های طبیعی بدن انسان ساخته‌اند که در آن، اندام‌هایی مثل لاله گوش در ابعاد واقعی شبیه‌سازی شده و سلول‌ها زنده‌اند. کارکرد فناوری جدید پرینترهای سه‌بعدی به نام پرینتر یکپارچه بافت و اندام (ITOP) به این شکل است که یک هیدروژل چسبناک سازگار با سلول با ماده محافظ ساختار اندام در هم تنیده می‌شود. به این ترتیب، کانال‌های بسیار کوچکی شکل می‌گیرد که می‌تواند اکسیژن را به عمق بافت‌ها انتقال دهد و سلول‌های عمقی هم زنده بمانند. سپس اندام اسفنجی شکل تشکیل شده به بدن موجود زنده پیوند می‌خورد و به مرور ساختار ماده سفت‌تر از بین می‌رود و پروتئین‌های طبیعی سلولی جایگزین می‌شوند.
با توسعه فناوری پرینترهای سه‌بعدی در حوزه پزشکی، بسیاری از اعضای از دست رفته بدن انسان می‌تواند جایگزین شود. پیش از این ماهیچه و غضروف نیز به این شکل ساخته شده بود که رگ‌های خونی و ساختارهای عصبی در آن وجود داشت و روی موش‌ها آزمایش شده بود.
دوربین کوچک که با سرنگ تزریق می‌شود
ساخت بافت و اندام یکپارچه بدن انسان از دستاوردهای شگفت‌انگیز پرینترهای سه‌بعدی است که در آینده به کمک سلامت انسان می‌آید، اما قطعات پزشکی که با این پرینترها ساخته می‌شوند، می‌توانند در توسعه دانش پزشکی نقش مهمی ایفا کنند. محققان دانشگاه اشتوتگارت آلمان دوربینی طراحی کرده‌اند که همراه با سرنگ وارد بدن انسان می‌شود و در کارهایی مثل تصویربرداری آندوسکوپی کمک بزرگی به پزشکان می‌کند. دوربین‌های میکرو می‌توانند داخل بدن تزریق شوند و به پزشکان در تشخیص بیماری کمک کنند. این دوربین‌های سه لنزی که با پرینتر سه‌بعدی ساخته می‌شوند، از یک دانه نمک هم کوچک‌تر هستند و هنگامی که برای کاوش داخل بدن فرستاده می‌شوند، می‌توانند از فاصله 3 میلی‌متری با وضوح بالا تصویربرداری کنند و جزئیات دقیقی از داخل بدن نشان دهند.
پرینترهای سه‌بعدی در ایران
در ایران دانش و فناوری استفاده از پرینترهای سه‌بعدی در حوزه صنعتی و پزشکی در حال رشد است و اکنون مراکزی در ایران در حال تحقیق و توسعه در زمینه مدل‌سازی، قطعه‌سازی، رباتیک، صنایع هوافضا و پزشکی هستند و پیشرفت‌هایی در این حوزه‌ها صورت گرفته است. محمدجواد کریمی، مدیر عامل شرکت دانش اندیش رانا، مستقر در پارک فناوری پردیس، درباره حوزه فعالیت پرینترهای سه‌بعدی به جام‌جم می‌گوید: ما در دو شاخه صنعتی و پزشکی فعالیت داریم. در صنایعی مثل فضایی و هوایی و قطعات شرکت‌های نفت و گاز، قطعات خاص و دقیق با کیفیت بالا تولید می‌کنیم. در این صنایع تعداد قطعات محدود است، اما دقت بالا و فناوری خاصی نیاز است. ما سه ماده اولیه برای پرینترهای صنعتی داریم، موم برای ریخته‌گری دقیق، قالب‌های شنی برای ریخته‌گری معمولی و نمونه‌سازی خود قطعه با مواد مخصوص هر قطعه.
ساخت پروتز و راهنمای جراحی با بافت‌های پرینت شده
مدیر عامل شرکت دانش اندیش رانا درباره کاربرد پرینتر سه‌بعدی در حوزه پزشکی می‌افزاید: کار پرینترهای سه‌بعدی در حوزه پزشکی به این شکل است که ابتدا پزشک بافت سخت را که با ام‌آرآی یا سی‌تی اسکن گرفته شده، برای ما می‌فرستد. یعنی ما شکل استخوان بیمار را داخل رایانه داریم و بعد برای طرح درمان بافت سخت را با پرینتر سه‌بعدی می‌سازیم و در اختیار پزشک قرار می‌دهیم. پزشک با داشتن شبیه‌سازی استخوان‌ها روش درمانی مناسب، نحوه عمل جراحی و پروتز و ابزار مورد نیاز برای جراحی را مشخص می‌کند. مرحله بعدی پروتزهای خاصی است که پزشک برای درمان نیاز دارد. برای مثال اگر قسمتی از فک بیمار آسیب دیده باشد، با توجه به نظر پزشک بافت را تولید و پزشک از آن در بدن بیمار استفاده می‌کند.
این پژوهشگر حوزه پرینترهای سه‌بعدی در خصوص کاربرد این فناوری در ساخت راهنمای جراحی مثل راهنمای جراحی ایمپلنت دندانی می‌افزاید: ما با اطلاعاتی که از پزشک دریافت می‌کنیم، یک راهنمای جراحی می‌سازیم و پزشک، هنگام جراحی آن را داخل دهان بیمار قرار می‌دهد و از آن برای بریدن فک استفاده می‌کند و بعد راهنما را برمی‌دارد و ایمپلنت را قرار می‌دهد. این راهنما برای برش‌های خاص قسمت‌های دیگر بدن هم استفاده می‌شود و دقت پزشک بالا می‌رود. بخصوص راهنمای جراحی ایمپلنت به دلیل بیشتر شدن دقت پزشک در بحث زیبایی هم نقش مهمی دارد. اکنون در کشور از پرینترهای سه‌بعدی در بحث راهنمای جراحی استفاده می‌شود. امسال چند جراحی به این روش داشته‌ایم. وی درباره ویژگی‌های این نوع پرینترها می‌گوید: پرینترهای سه‌بعدی با پرینترهایی که عموم مردم تصور می‌کنند و از نزدیک دیده‌اند، تفاوت بسیاری از نظر ابعاد و دقت دارد. پرینترهای ما حدود 5/1 تن وزن دارد. امکان ساخت پرینترهای مورد نیاز ما برای کاربردهای پزشکی در داخل وجود دارد، اما برای پرینترهای صنعتی هنوز به طور کامل در داخل کشور امکان ساخت نداریم. اکنون در حال طراحی و آزمایش این پرینترها در داخل هستیم.
به گزارش جام جم آنلاین،کریمی درباره انواع مواد اولیه مورد استفاده در پرینترها توضیح می‌دهد: مواد اولیه پرینترهای سه‌بعدی با کاربرد پزشکی مواد زیست‌سازگار (Bio Compatible) است که مواد قابل استفاده داخل بدن هستند. در تولیدات راهنماهای جراحی که داخل بدن استفاده نمی‌شود، از پلیمرهای خاصی استفاده می‌کنیم و برای ساخت بافت سخت که پزشک فقط برای طرح درمان از آن استفاده می‌کند هم نیازی به استفاده از مواد زیست‌سازگار نیست.